專利名稱：一種抗菌涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用抗菌涂層和納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗菌涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
一些可植入器械，如人工關(guān)節(jié)，接骨板，種植牙等，在改善骨病患者生活水平方面起到了至關(guān)重要的作用。但長期臨床跟蹤及研究發(fā)現(xiàn)，植入體表面無抗菌性，植入相關(guān)細(xì)菌感染頻頻發(fā)生是致使植入體失效的主要原因之一 [Tissue Engineering: Part A 2009, 15:417-426]。接骨板和種植牙的感染率可高達(dá)10 30%[Nazhat SN, et al. Sterility and infection. In Biomedical materials, Narayan R edited, Springer, New York, 2009]。由于感染初期診斷困難，一旦感染發(fā)生，往往需要重新植入手術(shù)才能根除，這必將給病人帶來極大痛苦和損失?？股厥乾F(xiàn)階段預(yù)防植入手術(shù)感染的主要手段，但由抗生素濫用引起的“超級細(xì)菌”事件時有發(fā)生[Lancet Infect. Dis.，2010，10:597-602]，這使人們不得不重新審視對抗生素過渡依賴問題。針對細(xì)菌膜功能的抗菌策略對耐藥性細(xì)菌具有顯著抑制效果，但現(xiàn)階段這種策略僅限于有機化合物與細(xì)菌膜功能的作用[Nat Rev Microbiol 2011，9:62-75]，有機抗菌劑穩(wěn)定性相對較差且很難固載到植入體表面。銀作為抑菌藥物使用早已被人們所熟知。早在公元前4000年人們就已開始使用銀來預(yù)防感染[Surg Infect 2009, 10:289-292]。硝酸銀被用以治療傷口慢性局部潰爛， 可以追溯至17世紀(jì)[Burns 2000, 26:117-130]。隨著20世紀(jì)40年代青霉素的發(fā)明，銀作為抗感染藥物使用的頻率才有所減少[J Antimicrob Chemother 2007, 59:587-590]。但近年，隨著抗生素耐藥性問題日趨嚴(yán)重，銀的抗菌效用又開始得到人們重視[J Antimicrob Chemother 2006, 57:589-608]?；诩{米材料特殊物理化學(xué)性質(zhì),銀納米顆粒作為新一代的抗菌材料，在繃帶、醫(yī)療器械、洗液等方面的應(yīng)用也有較多報道[Biotechnol Adv 2009， 27:76-83]。雖然銀顆粒的抗菌或抑菌效果明顯，但其作用機理還沒有完全搞清楚，研究顯示銀可阻礙細(xì)菌膜電子轉(zhuǎn)移過程，破壞細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)[Nat Mater 2008, 7:236-241]，但具體控制方法仍有待開發(fā)。此外，游離態(tài)的銀納米顆粒容易被正常細(xì)胞吞噬并引起生物毒性 [Biomaterials 2011, 32:9810-9817]，故銀納米顆粒生物毒性的控制也是其抗菌性能利用過程中應(yīng)該兼顧的方面。具有η型半導(dǎo)體特性的氧化鈦由于其光催化效應(yīng)可破壞細(xì)菌膜完整性，具有顯著殺菌效果[Surf Sci Rep 2011, 66:185-297]，但在無光激勵情況下這種抗菌效應(yīng)并不顯著，因此應(yīng)用受到限制。研究表明在純氧化鈦中引入“電子阱”(如空位，摻雜等) 后，其基于光催化效應(yīng)的抗菌性能將因肖特基效應(yīng)而有顯著增強[J Mater Chem 2010， 20:1068-1072]。另有報道顯示，銀納米顆粒鑲嵌于氧化鈦中也會起到“電子阱”的作用，產(chǎn)生肖特基效應(yīng)[J Am Chem Soc 2005, 127:3928-3934]。但是利用銀納米顆粒/氧化鈦界面的肖特基效應(yīng)獲得非光激活的可控抗菌性能涂層還有待開發(fā)。此外，雖然應(yīng)用離子注入方法在玻璃、有機及其他一些基材上制備銀納米顆粒已有很多報道[Adv Mater 2001，13:1431-1444]。但是一般認(rèn)為，不結(jié)合外部熱處理過程， 很難單獨利用這種方法獲得尺寸和分布可控的納米顆粒[Nano Lett 2005, 5:373-377; Phys Rev Lett 2009, 102:146101]。然而，我們注意到等離子體浸沒離子注入工藝的非視線注入特點及其伴隨注入過程產(chǎn)生的浸沒式原子加熱效應(yīng)，將有助于納米顆粒在無外部加熱情況下形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于銀納米顆粒/氧化鈦界面的肖特基效應(yīng)以及細(xì)菌壁本質(zhì)負(fù)電性特點， 針對植入體表面抗菌性能不佳，游離態(tài)銀納米顆粒抗菌行為和生物毒性不易控制的問題， 采用銀等離子體浸沒離子注入工藝將銀離子注入到氧化鈦涂層上，使銀納米顆粒鑲嵌在氧化鈦表面，以此提高涂層的抗菌效果，無需外部加熱過程，可控制游離態(tài)的銀納米顆粒所引起的生物毒性。為此，本發(fā)明提供一種抗菌涂層的制備方法，其中，以醫(yī)用金屬或合金作為基材， 先在基材上制備氧化鈦涂層，然后采用銀等離子體浸沒離子注入工藝將銀離子注入到氧化鈦涂層上，形成銀納米顆粒鑲嵌在氧化鈦表面的結(jié)構(gòu)。由于其銀納米顆粒為鑲嵌于氧化鈦涂層表面，被正常細(xì)胞吞噬的可能性較小，產(chǎn)生細(xì)胞毒性的概率較小，故細(xì)胞相容性較好。在本發(fā)明中，所述銀納米顆粒尺寸可以在2_25nm范圍可調(diào)。這樣，可以提高比表面積，從而提聞抗菌力。所述銀等離子體浸沒離子注入工藝，可以采用脈沖弧源，并以純銀為陰極，在真空室內(nèi)進(jìn)行。這樣的制備工藝可控性好，易于推廣應(yīng)用。在銀等離子體浸沒離子注入工藝中，真空室溫度優(yōu)選為20 80°C，真空度優(yōu)選為 3XE-3 5XE-3Pa。注入電壓優(yōu)選為10 40kV，脈寬優(yōu)選為300 800 μ S，頻率優(yōu)選為5 10Hz。真空室內(nèi)的處理時間優(yōu)選為O. 5 I. 5h。通過在形成于基材的氧化鈦涂層表面采用銀等離子體浸沒離子注入工藝使涂層表層形成銀納米顆粒鑲嵌于氧化鈦涂層表層的結(jié)構(gòu)，離子注入工藝過程不需要外部加熱過程輔助，銀納米顆粒形成決定于離子注入工藝且顆粒尺寸可調(diào)。在所述注入工藝中，所述制備氧化鈦涂層的方法優(yōu)選采用大氣等離子體噴涂方法。選擇合適的氧化鈦涂層制備方法，可以確保基材與氧化鈦涂層之間的結(jié)合強度，提高噴涂效果。所述醫(yī)用金屬或合金優(yōu)選為醫(yī)用純鈦或鈦合金。鈦或鈦合金的密度小、比強度高、 具有極好的生物相容性和耐腐蝕性的特點。此外，本發(fā)明在基材上制備的氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)由金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。另外，本發(fā)明還提供一種抗菌涂層，所述抗菌涂層由上述制備方法制備。本發(fā)明的抗菌涂層具有以下優(yōu)點其銀納米顆粒為鑲嵌于氧化鈦涂層表面，被正常細(xì)胞吞噬的可能性較小，故細(xì)胞相容性較好；其抗菌行為非光激活型，適合植入體表面使用；其抗菌行為可調(diào)，適合不同抗菌場合使用；其對金黃色葡萄球菌(革蘭氏陽性)和大腸桿菌(革蘭氏陰性)均有抗菌效果，具有廣譜抗菌特點。本發(fā)明制備方法由于銀納米顆粒形成決定于離子注入工藝，不需要外部加熱過程輔助，制備工藝可控性好，易于推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明中的一實施例的氧化鈦涂層表面掃描電鏡(SEM)形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為2-9納米的顆粒；
圖2為圖I的氧化鈦涂層表面X光電子能譜(XPS)測得的銀3d高分辨譜；
圖3為金黃色葡萄球菌在圖I的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖4為本發(fā)明另一實施例的氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為2-6納米的顆粒；
圖5為金黃色葡萄球菌在圖4的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖6為本發(fā)明中又一實施例的氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為3-9納米的顆粒；
圖7為本發(fā)明中又一實施例的氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為10-25納米的顆粒；
圖8為金黃色葡萄球菌在圖7的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖9為本發(fā)明中又一實施例的氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為5-25納米的顆粒；
圖10為金黃色葡萄球菌在圖9的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖11為大腸桿菌種在圖9的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖12為MG63細(xì)胞在圖9的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)1、3、9天的AlamarBlue評價結(jié)果； 圖13為本發(fā)明中又一實施例的氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，氧化鈦表面形成了尺寸為4-24納米的顆粒；
圖14為金黃色葡萄球菌在圖13的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖15為大腸桿菌種在圖13的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)、脫水干燥后的SEM照片；
圖16為MG63細(xì)胞在圖13的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)I天、脫水干燥后的SEM照片；
圖17為MG63細(xì)胞在圖13的氧化鈦涂層表面培養(yǎng)1、3、9天的AlamarBlue評價結(jié)果。
具體實施例方式參照說明書附圖，并結(jié)合下述實施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，說明書附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。作為示例，本發(fā)明抗菌涂層的制備方法可以具有如下步驟
Ca)先在基材表面制備氧化鈦涂層；(b)然后采用銀等離子體浸沒離子注入技術(shù)(Ag PIII)在氧化鈦涂層表面制備“鑲嵌式”納米銀顆粒。Ag PIII處理，可以采用脈沖弧源，以純銀為陰極。Ag PIII處理工藝參數(shù)可以為真空室溫度為20 80°C，真空度為3XE-3 5XE_3Pa，注入電壓為10 40kV，脈寬為300 800 μ s，頻率為5 10Hz，處理時間為O. 5 L 5h。作為形成氧化鈦涂層的基材，可使用適用于作為植入器械，如作為人工關(guān)節(jié)，接骨板，種植牙等的醫(yī)用金屬或合金，優(yōu)選地為鈦或鈦合金。可采用商業(yè)二氧化鈦粉末為原料、 以各種適于在基材上形成涂層的工藝預(yù)先在基材上形成氧化鈦涂層，例如采用大氣等離子體噴涂技術(shù)。在基材上形成的氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)由金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。然后在所述氧化鈦涂層上，采用銀等離子體浸沒離子注入技術(shù)(Ag PIII)在氧化鈦涂層表面制備“鑲嵌式”納米銀顆粒。本發(fā)明制備的銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合抗菌涂層，主要具有以下特點(I)銀納米顆粒為“鑲嵌式”存在于涂層表面，其進(jìn)入正常細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性的概率較??；(2)涂層表面銀納米顆粒的尺寸在2 25nm范圍可調(diào)，且顆粒尺寸分布僅依賴Ag PIII處理工藝，不需要外部加熱環(huán)節(jié)；(3)抗菌性能不依賴銀離子釋放，在黑暗中具有針對細(xì)菌壁不同功能的抗菌行為，且具有廣譜抗菌特點；(4)MG63細(xì)胞能夠在涂層表面快速粘附、鋪展和增殖，具良好細(xì)胞相容性。下面進(jìn)一步列舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明的示例制備工藝。應(yīng)理解，下述實施例是為了更好地說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實施例I
Ca)以醫(yī)用純鈦為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar的流量為40 slpm，等離子體氣體H2流量為12slpm，送粉氣體Ar流量為3. Oslpm,噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g/ min，噴涂距離為100mm ;X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，進(jìn)一步對氧化鈦涂層進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為20 30°C，真空度為3XE-3 4XE-3Pa，注入電壓為10 15kV，脈寬為300 450 μ S，頻率為5 7Hz，處理時間為O. 5h ； 圖I為實施例I經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面掃描電鏡(SEM)形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為2-9納米的顆粒，且尺寸集中分布于6nm附近；圖2為實施例I經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面X光電子能譜 (XPS)測得的銀3d高分辨譜，可見銀在氧化鈦表面以單質(zhì)形式存在，氧化鈦表面形成的納米顆粒為金屬銀納米顆粒。圖3為實施例I金黃色葡萄球菌在所制得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后的對細(xì)菌形貌SEM照片，可見樣品表面有細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性(形成孔洞)，從而殺死細(xì)菌。實施例2
Ca)以醫(yī)用純鈦為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar流量為40slpm，等離子體氣體比流量為12slpm，送粉氣體 Ar流量為3. Oslpm，噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g/min， 噴涂距離為100mm;X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，進(jìn)一步對氧化鈦涂層進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為25 35°C，真空度為4XE-3 5XE-3Pa，注入電壓為10 15kV，脈寬為400 450 μ S，頻率為6 8Hz，處理時間為I. Oh ； 圖4為實施例2經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為2-6納米的顆粒，且尺寸集中分布于5nm附近， XPS檢測顯示，這些顆粒為金屬銀顆粒。圖5為實施例2金黃色葡萄球菌在所制得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后的SEM照片，表明樣品表面有細(xì)菌壁表面有“腫瘤狀”凸起形成，顯示該復(fù)合表面破壞了細(xì)菌壁的正常生理行為。實施例3
6Ca)以醫(yī)用鈦合金(TC4)為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar流量為40slpm，等離子體氣體比流量為12 slpm，送粉氣體Ar流量為3. Oslpm,噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g /min，噴涂距離為100 mm ;X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，進(jìn)一步對氧化鈦涂層進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為30 40°C，真空度為3XE-3 4XE-3Pa，注入電壓為20 25kV，脈寬為400 450μs，頻率為6 8Hz，處理時間為 I. Oh ； 圖6為實施例3經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為3-9納米的顆粒，XPS檢測顯示，這些顆粒為金屬銀顆粒。將金黃色葡萄球菌接種于所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面，并在黑暗中培養(yǎng)24h，脫水干燥后對細(xì)菌形貌進(jìn)行SEM觀察表明該復(fù)合表面具有顯著抗菌性能。實施例4
Ca)以醫(yī)用純鈦為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar流量為40slpm，等離子體氣體H2流量為12slpm，送粉氣體Ar流量為3. O slpm，噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g/ min，噴涂距離為100mm ;X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，先對氧化鈦涂層進(jìn)行低注入電壓的等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為20 30°C，真空度為 3XE-3 4XE-3Pa，注入電壓為10 15kV，脈寬為300 450 μ S，頻率為5 7Hz，處理時間為I. Oh;再在高注入電壓下進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，工藝參數(shù)為真空室溫度為35 45°C，真空度為3 XE-3 4XE_3Pa，注入電壓為30 40kV，脈寬為450 550 μ S， 頻率為7 9Hz，處理時間為O. 3h ；
圖7為實施例4經(jīng)兩步等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為10-25納米的顆粒，且尺寸分布集中于 12nm附近，XPS檢測顯示，這些顆粒為金屬銀顆粒。圖8為實施例4金黃色葡萄球菌在所制得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h(黑暗中)，脫水干燥后的對細(xì)菌形貌的SEM照片，可見樣品表面有細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性(形成孔洞)， 從而殺死細(xì)菌。實施例5
Ca)以醫(yī)用純鈦為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar流量為40slpm,等離子體氣體H2流量為12slpm,送粉氣體Ar 流量為3. Oslpm，噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g/min，噴涂距離為100mm ;X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，對氧化鈦涂層進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為35 50°C，真空度為3XE-3 4XE_3Pa，注入電壓為30 40kV，脈寬為450 600 μ S，頻率為7 10Hz，處理時間為O. 5h ；
圖9為實施例5經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為5-25納米的顆粒，XPS檢測顯示，這些顆粒為金屬銀顆粒。圖10為實施例5金黃色葡萄球菌種在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后的SEM觀察照片，表明樣品表面有大量細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，并且細(xì)菌壁上伴有“腫瘤狀”凸起形成，顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性(形成孔洞)，影響細(xì)菌壁的正常生理行為，從而殺死細(xì)菌。圖11為實施例5大腸桿菌種在所得銀納米顆粒 /氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后的SEM觀察照片，表明樣品表面有大量細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，并且細(xì)菌壁伴有“起皺”現(xiàn)象，顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性 (形成孔洞)，影響細(xì)菌壁的正常生理行為，從而殺死細(xì)菌。樣品在純水中銀離子釋放測試結(jié)果顯示，該復(fù)合涂層銀離子釋放極少，可見該涂層的抗菌性能不依賴于其離子釋放過程， 具有接觸抗菌的特點。圖12為實施例5 MG63細(xì)胞在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)1、3、9天的AlamarBlue評價結(jié)果，顯示所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層具有良好的細(xì)胞相容性，MG63細(xì)胞能夠在涂層表面快速粘附、鋪展和增殖，顯示出涂層良好的細(xì)胞相容性。實施例6
Ca)以醫(yī)用純鈦為基材，采用大氣等離子體噴涂技術(shù)在其表面噴涂氧化鈦涂層，噴涂工藝參數(shù)為等離子體氣體Ar流量為40slpm,等離子體氣體H2流量為12slpm,送粉氣體流量為Ar3. Oslpm，噴涂電壓為60V，噴涂電流為600A，送粉角度為90°，送粉率為20g/min，噴涂距離為100mm ；X射線衍射分析表明噴涂所得氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)為金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。(b)采用脈沖弧源，以純銀為陰極，對氧化鈦涂層進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，離子注入工藝參數(shù)為真空室溫度為50 80°C，真空度為3XE-3 4XE_3Pa，注入電壓為30 40kV，脈寬為450 800 μ S，頻率為7 10Hz，處理時間為I. 5h ；
圖13為實施例6經(jīng)等離子體浸沒離子注入處理氧化鈦涂層表面的SEM形貌照片，可見離子注入處理后，氧化鈦表面形成了尺寸為4-24納米的顆粒，且尺寸分布集中于4nm和 16nm附近，XPS檢測顯示，這些顆粒為金屬銀顆粒。(d)圖14為實施例6金黃色葡萄球菌種在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后SEM觀察照片， 表明樣品表面有大量細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，并且細(xì)菌壁上伴有“腫瘤狀”凸起形成,顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性(形成孔洞)，影響細(xì)菌壁的正常生理行為，從而殺死細(xì)菌；
圖15為實施例6大腸桿菌種在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)24h (黑暗中)，脫水干燥后的SEM觀察照片，表明樣品表面有大量細(xì)菌內(nèi)容物質(zhì)流出，并且細(xì)菌壁伴有“起皺”現(xiàn)象，顯示該復(fù)合表面可破壞細(xì)菌壁完整性(形成孔洞)，影響細(xì)菌壁的正常生理行為，從而殺死細(xì)菌。樣品在純水中銀離子釋放測試結(jié)果顯示，該復(fù)合涂層銀離子釋放極少，可見該涂層的抗菌性能不依賴于其離子釋放過程，具有接觸抗菌的特點。圖16為實施例6 MG63細(xì)胞在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)I天，脫水干燥后SEM觀察照片，顯示MG63細(xì)胞能夠在所得涂層表面快速粘附、鋪展和增殖。圖17為實施例6 MG63細(xì)胞在所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層表面培養(yǎng)1、3、9天的AlamarBlue評價結(jié)果,顯示所得銀納米顆粒/氧化鈦復(fù)合涂層具有良好的細(xì)胞相容性。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明抗菌涂層及其制備方法提高植入體表面抗菌性能，解決游離態(tài)銀納米顆粒抗菌行為和生物毒性不易控制的問題，可用于改善可植入醫(yī)療器械(如人工骨、人工關(guān)節(jié)和牙種植體)表面的抗菌性能，具有實用價值。
權(quán)利要求
1.一種抗菌涂層的制備方法，其特征在于，以醫(yī)用金屬或合金作為基材，先在基材上制備氧化鈦涂層，然后采用銀等離子體浸沒離子注入工藝將銀離子注入到氧化鈦涂層上，形成銀納米顆粒鑲嵌在氧化鈦表面的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，所述銀納米顆粒尺寸在 2-25nm范圍可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，所述銀等離子體浸沒離子注入工藝，采用脈沖弧源，以純銀為陰極，在真空室內(nèi)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，在所述注入工藝中，真空室溫度為20 80°C，真空度為3 XE-3 5 XE_3Pa，注入電壓為10 40kV， 脈寬為300 800 μ S，頻率為5 10Hz，真空室內(nèi)的處理時間為O. 5 I. 5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，所述制備氧化鈦涂層的方法采用大氣等離子體噴涂方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，所述醫(yī)用金屬或合金為醫(yī)用純鈦或鈦合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗菌涂層的制備方法，其特征在于，所述氧化鈦涂層相結(jié)構(gòu)由金紅石、銳鈦礦及低氧氧化鈦組成。
8.一種抗菌涂層，其特征在于，所述抗菌涂層由權(quán)利要求I至7中任一種制備方法制備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抗菌涂層的制備方法，其中，以醫(yī)用金屬或合金作為基材，先在基材上制備氧化鈦涂層，然后采用銀等離子體浸沒離子注入工藝將銀離子注入到氧化鈦涂層上，形成銀納米顆粒鑲嵌在氧化鈦表面的結(jié)構(gòu)。由于其銀納米顆粒為鑲嵌于氧化鈦涂層表面，被正常細(xì)胞吞噬的可能性較小，產(chǎn)生細(xì)胞毒性的概率較小，故細(xì)胞相容性較好。
文檔編號A61L27/30GK102580149SQ20121008105
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者劉宣勇, 曹輝亮 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所